JP2007040775A - セラミックス管リーク検査冶具およびセラミックス管リーク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 セラミックス管を容器内に容易に設置することができるリーク検査冶具を提供することを目的とする。
【解決手段】 長尺状のセル管２０を収容する容器５と、容器５の端部に固定されるとともに、セル管２０の端部に連結されてセル管２０内の流路との間でガス流路を形成する接続継手１４とを備え、セル管２０の壁部を通過してリークしたリークガスを検出してセル管２０のリークを検査するリーク検査装置に用いるリーク検査冶具１において、接続継手１４は、セル管２０の端部に直列に気密状態で取り付けられ、可撓性を有する連結チューブ１４ｂを備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、セラミックス管のリーク検査冶具およびリーク検査装置に関するものである。

例えば、円筒形SOFC（Solid Oxide
Fuel Cell：固体酸化物燃料電池）には、長尺とされた円筒状の燃料電池セル管（セラミックス管）が多数用いられる。
図３には、円筒型SOFCに用いる燃料電池セル管（以下、単に「セル管」という。）２０の部分断面斜視図が示されている。
セル管２０は、基体管２１の外表面に複数のセル２５が軸線方向に並べられて形成された構成とされている。セル２５は、燃料極膜２２、電解質膜２３及び空気極膜２４から構成される。各セル２５間には、インタコネクタ２６が設けられている

基体管２１は、例えば直径約３０mm、長さ約１５００mmの長尺状とされたドーナツ状の横断面を有する多孔質のセラミック管である。基体管２１は、例えば、カルシア安定化ジルコニアやイットリア安定化ジルコニアで形成されている。

セル２５は、水素又は一酸化炭素を含む燃料ガスを燃料極膜２２（アノード電極）に供給し、かつ酸素を含む酸化剤ガスを空気極膜２４（カソード電極）に供給することにより、電解質膜２３の両端に起電力が発生し、さらに外部負荷へ接続することにより水又は二酸化炭素を合成しながら電気が流れるようになっている。
燃料極膜２２は、例えば、ニッケル／イットリア安定化ジルコニアで形成されている。電解質膜２３は、例えば、イットリア安定化ジルコニアで形成されている。空気極膜２４は、例えば、ランタンマンガネートで形成されている。

インタコネクタ膜２６は、隣り合うセル２５同士を電気的に接続する。インタコネクタ膜２６は、例えば、ランタンクロマイトで形成されている。

セル２５は、基体管２１の外周に次のように形成される。先ず、基体管２１の長手方向に所定間隔ごとに、所定幅で、例えばスクリーン印刷によって基体管２１の燃料極膜２２が形成される。次に、その上に少し長手方向にずらした位置に、同様に所定間隔、所定幅で、電解質膜２３が形成される。続いて、隣り合う電解質膜２３と燃料極膜２２とが電気的に接続するようにインタコネクタ膜２６が形成される。そして、電解質膜２３とインタコネクタ膜２６とを覆うように、所定間隔、所定幅で空気極膜２４が形成される。

発電運転の際には、上記構成のセル管２０の内部に、水素を供給し、セル管２０の外部に酸化剤を供給する。セル管２０内の圧力は、セル管２０外の圧力よりも、例えば５０〜１００mmＡｑ（４９０〜９８０Ｐａ）程度だけ高めに設定されている。
セル管２０内を流れる水素がセル管２０の壁部を通過してセル管２０外部へとリークすると、運転に支障を来すので好ましくない。
そこで、セル管２０については、装置装着前に、リーク検査が全数について行われる。

図４には、セル管２０のリーク検査を行うためのリーク検査冶具１００が示されている。
リーク検査冶具１００は、セル管２０を収容する長尺円筒状の容器１０２を備えている。容器１０２の外周には、容器１０２内に窒素を流すための窒素ガス供給管１０３ａと窒素ガス流出管１０３ｂとが接続されている。
容器１０２の両端部には、セル管２０内の流路との間でガス流路を形成する接続継手１０４がそれぞれ設けられている。

接続継手１０４は、図４（ｂ）に示すように、セル管２０の端部に対して、２本のＯリング１０６を介して気密に接続されている。これらＯリング１０６は、３枚のリング板１０８によって内周端に形成されたＶ断面を有するＶ溝内に収容されている。これらリング板１０８は、内周面に雌ねじ部１１０ａが形成された袋ナット１１０を接続継手１０４の端部外周に形成された雄ねじ部１０４ａに螺合させることによって、軸線方向Ｌに圧着された状態で固定されている。これらリング板１０８が圧着されることにより、リング板１０８内周端に形成されたＶ溝が狭まり、Ｏリング１０６が内周側に押し出されることによって、Ｏリング１０６がセル管２０の外周に気密に固定される。

また、接続継手１０４は、図４（ｃ）に示すように、容器１０２のフランジ部１０２ａに対して、２本のＯリング１１２を介して気密に接続されている。これらＯリング１１２は、３枚のリング板１１４によって内周端に形成されたＶ断面を有するＶ溝内に収容されている。これらリング板１１４は、フランジ１０２ａの外端面とフランジ蓋１１６との間で締め付けられることによって、軸線方向に圧着された状態で固定されている。これらリング板１１４が圧着されることにより、リング板１１４内周端に形成されたＶ溝が狭まり、Ｏリング１１２が内周側に押し出されることによって、Ｏリング１１２が接続継手１０４の外周に気密に固定される。
また、フランジ１０２ａの外端面とリング板１１４との間、及び、フランジ蓋１１６の内端面とリング板１１４との間には、Ｏリング１１８がそれぞれ設けられている。
このように、Ｏリング１１２，１１８によって、容器１０２内外を気密に隔離している。

上記のように構成されたリーク検査冶具１００により、接続継手１０４を介して水素がセル管２０内部へと導かれ、他方の接続継手１０４から水素が流出させられる。また、窒素ガス供給管１０３ａを介して窒素が容器１０２内部へと導かれ、他方の窒素ガス流出管１０３ｂから窒素が流出させられる。

上記構成のリーク検査冶具１００は、以下のように組み立てられる。
先ず、容器１０２の外部で、セル管２０の両端部に対して袋ナット１１０、Ｏリング１０６及びリング板１０８を挿入し、これらに接続継手１０４の端部を突き合わせた状態で袋ナット１１０の雌ねじ部１１０ａを接続継手１０４の雄ねじ部１０４ａに対して螺合させ、リング板１０８を締め付ける。これにより、Ｏリング１０６をセル管２０に対して密着させる。
次に、両端に接続継手１０４が固定されたセル管２０を容器１０２内に挿入する。そして、両端部のフランジ１０２ａの側方からリング板１１４及びＯリング１１２を挿入し、さらに、これらの外側からフランジ蓋１１６を挿入する。フランジ１０２ａとフランジ蓋１１６とをボルト及びナット（図示せず）によって締結することにより、リング板１１４を締め付ける。これにより、Ｏリング１１２が接続継手１０４に対して、Ｏリング１１８がフランジ１０２ａ及びフランジ蓋１１６に対して密着させられる。

図５には、上記構成のリーク検査冶具１００を備えたリーク検査装置２００の配管系統が示されている。
セル管２０の上流側には、接続継手１０４を介して、水素ガス供給管１３０ａが接続されている。水素ガス供給管１３０ａには、マスフローコントローラ１３２が設けられており、その下流側にはセル管２０をバイパスするように水素ガス用バイパス管１３４が接続されている。マスフローコントローラ１３２の上流側には水素ガス用元弁１３６が、マスフローコントローラ１３２の下流側でかつ水素ガス用バイパス管１３４との分岐点の下流側にはセル管上流側弁１３８が、水素ガス用バイパス管１３４には水素ガス用バイパス弁１３４ａが、それぞれ設けられている。

セル管２０の下流側には、接続継手１０４を介して、水素ガス流出管１３０ｂが接続されている。水素ガス流出管１３０ｂには、セル管２０の下流側に、セル管下流側弁１４０が設けられている。水素ガス用バイパス管１３４の下流端は、セル管下流側弁１４０の下流側において接続されている。水素ガス用バイパス管１３４が水素ガス流出管１３０ｂに接続された位置のさらに下流には、水素ガス圧力調整弁１４４及びガスメータ１４６が順に接続されている。
水素ガス圧力調整弁１４４は、水素ガス流出管１３０ｂと窒素ガス下流配管１５０ｂとの圧力差に基づいて、その開度が制御されるようになっている。ガスメータ１４６は、水素ガスの体積を測定し、その測定結果をデジタルパネルメータ１４８に出力する。
水素ガス圧力調整弁１４４とガスメータ１４６との間には、開閉弁を備えたガスサンプリングライン１４９が設けられている。ガスサンプリングライン１４９の下流側にはガスクロマトグラフ（図示せず）が設置されており、ガス成分の分析が行われるようになっている。

容器１０２の外周には、図４に示したように、窒素ガス供給管１０３ａ及び窒素ガス流出管１０３ｂが接続されている。窒素ガス供給管１０３ａ及び窒素ガス流出管１０３ｂには、それぞれ、容器上流側弁１５１ａ及び容器下流側弁１５１ｂが設けられている。
窒素ガス供給管１０３ａの上流側には、窒素ガス上流配管１５０ａが接続されている。窒素ガス上流配管１５０ａにはマスフローメータ１５２が設けられている。マスフローメータ１５２の上流側には、窒素ガス用元弁１５４が設けられている。
窒素ガス供給管１０３ａと窒素ガス流出管１３０ｂとの間には、窒素ガス用バイパス管１５６が接続されている。この窒素ガスバイパス管１５６には、窒素ガス用バイパス弁１５６ａが設けられている。

窒素ガス流出管１０３ｂの下流側には、窒素ガス下流配管１５０ｂが接続されている。窒素ガス下流配管１５０ｂには、窒素ガス圧力調整弁１５８及びガスメータ１６０が順に接続されている。
窒素ガス圧力調整弁１５８は、窒素ガス下流配管１５０ｂの圧力値に基づいて、その開度が制御されるようになっている。ガスメータ１６０は、窒素ガス（場合によっては水素ガスが混入されたガス）の体積を測定し、その測定結果をデジタルパネルメータ１６２に出力する。
窒素ガス圧力調整弁１５８とガスメータ１６０との間には、開閉弁を備えたガスサンプリングライン１５９が設けられている。ガスサンプリングライン１５９の下流側にはガスクロマトグラフ（図示せず）が設置されており、ガス成分の分析が行われるようになっている。

次に、上記構成のリーク検査装置２００の検査方法について説明する。
セル管２０が容器１０２内に設置される前は、セル管上流側弁１３８及びセル管下流側弁１４０が閉じられ、水素ガス用バイパス弁１３４ａが開けられている。したがって、水素ガスは、セル管２０内の流路を流れずに水素ガス用バイパス管１３４を流れて水素ガス流出管１３０ｂへと導かれる。また、容器上流側弁１５１ａ及び容器下流側弁１５１ｂが閉じられ、窒素ガスバイパス弁１５６ａが開けられている。したがって、窒素ガスは、容器１０２内へは流れずに、窒素ガスバイパス管１５６を通り窒素ガス下流配管１５０ｂへと導かれる。

そして、セル管２０が容器１０２内に設置された後に、セル管上流側弁１３８及びセル管下流側弁１４０を開け、水素ガス用バイパス弁１３４ａを閉じ、水素ガスをセル管２０内の流路に流す。また、容器上流側弁１５１ａ及び容器下流側弁１５１ｂを開け、窒素ガスバイパス弁１５６ａを閉じ、窒素ガスを容器１０２内へと流す。
このときに、窒素ガス圧力調整弁１５８によって、窒素ガス下流配管１５０ｂ内の圧力が所定値になるように制御されるとともに、水素ガス圧力調整弁１４４によって、水素ガス下流配管１３０ｂの圧力が窒素ガス下流配管１５０ｂの圧力よりも所定値（例えば５０ｍｍＡｑ）だけ高くなるように制御される。
このようにして、セル管２０の内外の圧力差を例えば５０〜１００ｍｍＡｑ（４９０〜９８０Ｐａ）に維持した状態で、リーク検査を行う。

リークが発生していた場合には、セル管２０内を流れる水素ガスがセル管２０の外部へと流れ、容器１０２内を流れる窒素ガスとともに窒素ガス下流配管１５０ｂへと導かれる。水素ガスが混入した窒素ガスは、ガスメータ１６０によって体積が測定される。また、ガスサンプリングライン１５９から部分的に抽出されたガスをガスクロマトグラフで分析することにより、ガス組成の成分比が測定される。これにより、窒素ガスに混入された水素が検出され、水素がリークしていることが確認される。
また、セル管２０内を流れた水素ガスについても、ガスメータ１４６で体積を測定し、ガスクロマトグラフによってガス成分を分析する。ガスメータ１４６の測定値から、水素ガスの減少量を漏れ量として算出し、水素がリークしていることを確認する。

また、特許文献１には、リーク検査を短時間で行うためのシール装置が開示されている。このシール装置は、セル管の端部外周に配置されたゴム部材と、このゴム部材の外周に配置された金属製の環状部材とを備え、ゴム部材と環状部材との間に空気を送り込みゴム部材を内周側に膨張させることによってセル管の端部外周に密着させてシールするものである。

特開２００３−１２１２９６号公報（図１及び図２）

しかし、図４及び図５を用いて説明したリーク検査冶具およびリーク検査装置には、次のような問題がある。
セル管２０をリーク検査冶具１００に取り付けようとする場合、Ｏリング１０６，１１２，１１８やリング板１０８，１１４を設置する作業が繁雑であるため、セル管２０端部と接続継手１０４とを接続する作業、および、セル管２０のフランジ１０２と接続継手１０４とを接続する作業に時間がかかっていた（例えば３０分）。
また、各箇所にＯリング１０６，１１２，１１８やリング板１０８，１１４が必要となるので、部品点数が増加し、コスト高を招いていた。

また、リーク検査を行う場合には、窒素ガスを容器１０２内に流してから窒素ガス圧力が所定値に整定するまでに時間がかかっていた（例えば１０分）。さらに、水素ガスと窒素ガスとの圧力差が所定値に整定するまでに時間がかかっていた（例えば２０分）。このように、従来では、１本のセル管２０を検査するのに、セル管２０の設置に３０分、圧力の整定に３０分の合計６０分もの時間を要していた。

また、特許文献１に記載されたシール装置は、装着する際に空気を導入する工程が必要となり、さらなる作業時間の短縮化を図ることができない。さらに、ゴム部材を膨張させるための空気を導入する配管が必要となり、部品点数が増加する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡便な構成で、セラミックス管を容器内に容易に設置することができるセラミックス管リーク検査冶具を提供することを目的とする。
また、本発明は、リーク検査の時間を短縮し、特に圧力整定時間を短縮することができるセラミックス管リーク検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のセラミックス管リーク検査冶具およびセラミックス管リーク検査装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるセラミックス管リーク検査冶具は、長尺状のセラミックス管を収容する容器と、該容器の端部に固定されるとともに、前記セラミックス管の端部に連結されて該セラミックス管内の流路との間でガス流路を形成する接続手段と、を備え、前記セラミックス管の壁部を通過してリークしたリークガスを検出して前記セラミックス管のリークを検査するセラミックス管リーク検査装置に用いるセラミックス管リーク検査冶具において、前記接続手段は、前記セラミックス管の端部に直列に気密状態で取り付けられ、可撓性を有する連結チューブを備えていることを特徴とする。

可撓性を有する連結チューブによってセラミックス管の端部と気密に接続することとしたので、セラミックス管端部と接続手段との接続や取り外しの際にはセラミックス管端部と連結チューブとを脱着させるだけで済み、セラミックス管の接続や取り外しを簡便に行うことができる。したがって、セラミックス管を取り替える際に接続手段を容器から取り外す必要がない。
また、セラミックス管の長さや直径が変わっても、セラミックス管に直列に取り付けられた連結チューブは可撓性を有し、撓ませることもできるので、これらの寸法差を吸収することができる。さらに、種々の径や長さの連結チューブに交換することにより、あらゆるセラミックス管の寸法に対応することができる。

さらに、本発明のセラミックス管リーク検査冶具は、前記容器には、検査位置に設置された前記セラミックス管の側周面を投影した面積よりも大きな面積の開口部が形成され、検査時に前記開口部を気密に閉じる蓋体を備えていることを特徴とする。

容器に、検査位置に設置されたセラミックス管の側周面を投影した面積よりも大きな面積の開口部を設けたので、セラミックス管を検査位置の状態と同様の姿勢のまま移動させて検査位置に設置し、また検査位置から取り外すことができる。したがって、セラミックス管を検査位置から容易に脱着することができる。

さらに、本発明のセラミックス管検査冶具は、前記蓋体として、可視光を透過する材料を用いることを特徴とする。

可視光を透過する蓋体としたので、検査中であってもセラミックス管を視認することができる。したがって、検査の不具合を確認することにより検査の信頼性を向上させることができる。
可視光を透過する材料としては、典型的にはアクリルが用いられる。

また、本発明者等は、セラミック管リーク検査装置について鋭意検討した結果、圧力整定時間の長期化は、主として、測定する際にバイパスラインから測定ラインであるセラミックス管内および容器内に流路を切り替えた場合に、圧力変動が生じることに起因するものであることが見出された。そこで、本発明者等は、以下の手段を講じた。
つまり、本発明のセラミックス管リーク検査装置は、長尺状のセラミックス管を収容する容器と、前記セラミックス管内に第１ガスを供給する第１流路と、非検査時に、前記セラミックス管内の流路をバイパスして前記第１流路と接続される第１バイパス流路と、前記セラミックス管外側でかつ前記容器内に第２ガスを供給する第２流路と、を備え、非検査時に、前記容器内の流路をバイパスして前記第２流路と接続される第２バイパス流路と、前記第１流路を用いて前記セラミックス管内に第１ガスを供給するとともに、前記第２流路を用いて前記容器内に第２ガスを供給し、前記セラミックス管内から導出した第１ガスまたは前記容器内から導出した第２ガスを測定することにより、前記セラミックス管の壁部を通過してリークしたリークガスを検出して前記セラミックス管のリークを検査するセラミックス管リーク検査装置において、前記第１流路には、前記セラミックス管よりも下流側の位置に、該セラミックス管内の容積よりも１．５倍以上の容積を有する第１バッファタンクが設けられ、前記第２流路には、前記容器よりも下流側の位置に、前記容器内の容積から前記セラミックス管の体積を減じた容積よりも１．５倍以上の容積を有する第２バッファタンクが設けられていることを特徴とする。

リーク検査を行わない非検査時には、第１ガスは第１バイパス流路を流れ、セラミックス管内の流路をバイパスして第１流路の下流側へと流れる。また、第２ガスは第２バイパス流路を流れ、セラミックス管外側でかつ容器内の流路をバイパスして第２流路の下流側へと流れる。
そして、リーク検査を行う検査時に、流路が切り替わり、第１ガスはセラミックス管内の流路を流れて第１流路の下流側へと流れる。また、第２ガスはセラミックス管外側でかつ容器内の流路を流れて第２流路の下流側へと流れる。
第１流路の下流側の容積が、バイパス管内の容積および該セラミックス管内の容積と同等とされている場合、また、第２流路の下流側の容積が、バイパス管内の容積および容器内の容積からセラミックス管の体積を減じた容積と同等とされている場合には、非検査時から検査時への切り換え時の圧力変動を下流側で吸収できずに、各流路の圧力値やバイパス管内外の圧力差が整定するまでに一定の時間がかかってしまう。
本発明は、バッファタンクを設けることにより、第１流路および第２流路の下流側の流路容積を大きくしたので、非検査時から検査時に切り替えても圧力の変動を吸収することができ、各流路の圧力値や圧力差が所定値に落ち着くまでの整定時間を短くすることができる。

本発明のセラミックス管リーク検査冶具は、可撓性を有する連結チューブを用いることとしたので、簡便な構成により、セラミックス管を容器内に容易に設置し、また容易に取り外すことができる。
本発明のセラミックス管リーク検査装置は、バッファタンクを設けることとしたので、リーク検査の時間を短縮し、特に圧力整定時間を短縮することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本発明にかかるリーク検査冶具（セラミックス管リーク検査冶具）１が示されている。同図において、（ａ）はリーク検査冶具１の平面図である。（ｂ）はリーク検査装置１の正面図であるが、理解の容易のために、後述するクランプ９を削除し、基台３及び容器５のみを示した図である。（ｃ）はリーク検査冶具の右側面図である。（ｄ）はセル管２０と接続継手１４との接続部を拡大して示した部分断面図である。

図１に示されているように、リーク検査冶具１は、基台３と、この基台３の下方に固定された容器５と、容器５の開口部５ｂを塞ぐ蓋体７と、蓋体７を固定する複数のクランプ９とを備えている。

基台３は、ＳＵＳ等の金属製とされ、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、長方形とされた板状体である。基台３の中央部には、後述する容器５の開口部５ｂとほぼ同形状の長方形の開口部が形成されており、容器５の内部と連通している。

容器５は、ＳＵＳ等の金属製とされ、図１（ｃ）に示すように、半円形の横断面を有した、円柱管を半割にした形状となっている。容器５の長さは、内部に収容される長尺状のセル管２０として想定される最大の長さよりも長い寸法とされている。したがって、容器５の開口部５ｂは、内部に設置されるセル管２０の側周面を投影した面積よりも大きな面積となっている。この開口部５ｂを介して、容器５内とのアクセスが可能となっている。
平面視した場合の容器５の側縁部は、基台３の下面に対して溶接されている。容器５の両端部には、図１（ｂ）に示すようにフランジ５ａが溶接により固定されている。この両フランジ５ａには、それぞれ、水素ガス（第１ガス）を流すための水素ガス供給管３０ａおよび水素ガス流出管３０ｂが接続されている。各フランジ５ａは、設置時に転がらずに安定するように、平らな底面を有している（図１（ｃ）参照）。
容器５の側周壁には、窒素ガス（第２ガス）を流すための窒素ガス供給管３１ａおよび窒素ガス流出管３１ｂが接続されている。

容器５内には、底部にスポンジ（図示せず）が敷かれており、この上にセル管２０が載置される。セル管２０の両端には、接続継手（接続手段）１４が取り付けられる。
接続継手１４は、図１（ｄ）に示すように、水素ガス供給管３０ａ又は水素ガス流出管３０ｂの一端に接続されたプラグ１４ａと、プラグ１４ａとセル管２０との間に接続された連結チューブ１４ｂとを備えている。
プラグ１４ａの先端は、先端に向かうにつれて外径が漸次減少しており（いわゆるタケノコ形状）、連結チューブ１４ｂが挿入しやすい形状となっている。
連結チューブ１４ｂは、例えば、シリコンゴム等の可撓性を有する材料で構成されている。連結チューブ１４ｂは、セル管２０の長手方向に向けて直列に、すなわちセル管２０の長手方向の長さが延長されるように取り付けられている。連結チューブ１４ｂの内径は、セル管２０の外径よりも小さいものが選定され、セル管２０の端部外周面に密着して確実に気密性を保つようになっている。

蓋体７は、板状体とされ、アクリル製とされており可視光を透過するものとなっている。この蓋体７は、容器５の開口部５ｂを上方からパッキン（図示せず）を介して塞ぐように配置される。蓋体７は、複数のクランプ９によってその外周部が基台３に対して押さえつけられるように固定される。

クランプ９は、図１（ａ）に示すように、基台３の４辺に沿って複数設けられている。クランプ９は、図１（ｃ）に示すように、基台３に固定されたブラケット９ａと、ブラケット９ａに下端部が回動自在に固定された駆動杆９ｂと、一端がブラケット９ａに回動自在に固定され、他端に当接杆が直交するように固定された中間杆９ｄとを備えている。中間杆９ｄの中間位置と駆動杆９ｂの中間位置とが回動自在に連結されていることにより、駆動杆９ｂの上端を回動させることで、当接杆９ｃの下端を蓋体７に対して接近・離間させることができるようになっている。

上記構成のリーク検査冶具１によれば、セル管２０の脱着は以下のように行われる。
先ず、蓋体７を取り外した状態で、上方から、セル管２０を容器５内のスポンジ上に設置する。このときに、接続継手１４は容器５の両フランジ５ａに既に固定されており、セル管２０の設置・撤去作業の前後で取り外されることはない。また、接続継手１４は、プラグ１４ａに連結チューブ１４ｂが取り付けられた状態となっている。
次に、連結チューブ１４ｂの開放端に対してセル管２０の端部を挿入することによって取り付ける。この際に、連結チューブ１４ｂは可撓性を有する材料とされているので、連結チューブ１４ｂはセル管２０の外周に密着することになる。また、連結チューブ１４ｂとセル管２０との重ね代Ｌ１（図１（ｄ）参照）を調節することにより、あるいは連結チューブ１４を撓ませることにより、セル管２０の長さの変動に対応するようになっている。また、セル管２０の径や長さに応じて、セル管２０に適合するサイズの連結チューブを交換することとしても良い。

セル管２０の両端部に接続継手１４を取り付けた後に、蓋体７を上方から容器５の開口部５ｂを塞ぐように配置し、各クランプ９によって蓋体７を容器５側に押し付けて気密に固定する。

以上により、リーク検査前のセル管２０の取付けが完了する。
リーク検査後のセル管２０の取り外しについては、上記手順の逆である。つまり、クランプ９を外し、蓋体７を取り外した後に、各接続継手１４の連結チューブ１４ｂをセル管２０の端部から取り外す。そして、セル管２０を容器５内から開口部５ｂを介して取り出す。

このように、本実施形態のリーク検査冶具１によれば、以下の作用効果を奏する。
可撓性を有する連結チューブ１４ｂによってセル管２０の端部と気密に接続することとしたので、セル管２０端部と接続継手との接続や取り外しの際にはセル管２０端部と連結チューブ１４とを脱着させるだけで済み、セル管２０の接続や取り外しを簡便に行うことができる。したがって、セル管２０を取り替える際に接続継手１４を容器５から取り外す必要がない。
また、セル管２０の長さや直径が変わっても、連結チューブ１４は可撓性を有するので、これらの寸法差を吸収することができる。さらに、種々の径や長さの連結チューブ１４に交換することにより、あらゆるセル管２０の寸法に対応することができる。
円管を半割にした形状の容器５とし、検査位置に設置されたセル管２０の側周面を投影した面積よりも大きな面積の開口部５ｂを設けたので、セル管２０を検査位置の状態と同様の姿勢のまま移動させて上方から検査位置に設置し、また検査位置から取り外すことができる。したがって、セル管２０を検査位置から容易に脱着することができる。
可視光を透過する蓋体７としたので、検査中であってもセル管２０を視認することができる。したがって、検査の不具合を確認することにより検査の信頼性を向上させることができる。

次に、図２を用いて、上記構成のリーク検査冶具１を用いたリーク検査装置２について説明する。
セル管２０の上流側には、接続継手１４を介して、水素ガス供給管（第１ガス流路）３０ａが接続されている。水素ガス供給管３０ａには、流量調整を行うためのマスフローコントローラ３２が設けられており、その下流側にはセル管２０をバイパスするように水素ガス用バイパス管（第１ガスバイパス流路）３４が接続されている。マスフローコントローラ３２の上流側には水素ガス用元弁３６が、マスフローコントローラ３２の下流側にはセル管上流側弁３８が設けられている。水素ガス用バイパス管３４には、マスフローコントローラ３４ｂ及び水素ガス用バイパス弁３４ａがこの順番で設けられている。

セル管２０の下流側には、接続継手１４を介して、水素ガス流出管（第１ガス流路）３０ｂが接続されている。水素ガス流出管３０ｂには、セル管２０の下流側に、セル管下流側弁４０が設けられている。水素ガス用バイパス管３４の下流端は、セル管下流側弁４０の下流側において接続されている。水素ガス用バイパス管３４が水素ガス流出管３０ｂに接続された位置のさらに下流には、水素ガス用バッファタンク（第１バッファタンク）４３、水素ガス圧力調整弁４４及びガスメータ４６がこの順に接続されている。
水素ガス用バッファタンク４３は、水素ガスを所定量貯留しておく容器であり、セル管２０内の容積よりも１倍以上、より好ましくは１．５倍以上、さらに好ましくは２倍以上の容積を有する。
水素ガス圧力調整弁４４は、差圧センサ４４ａによって得られる圧力差（水素ガス流出管３０ｂと窒素ガス下流配管５０ｂとの圧力差）に基づいて、その開度が制御されるようになっている。
ガスメータ４６は、水素ガスの体積を測定し、その測定結果をデジタルパネルメータ４８に出力する。
水素ガス圧力調整弁４４とガスメータ４６との間には、開閉弁を備えたガスサンプリングライン４９が設けられている。ガスサンプリングライン４９の下流側にはガスクロマトグラフ（図示せず）が設置されており、ガス成分の分析が行われるようになっている。

容器５の外周には、図１に示したように、窒素ガス供給管（第２ガス流路）３１ａ及び窒素ガス流出管（第２ガス流路）３１ｂが接続されている。窒素ガス供給管３１ａ及び窒素ガス流出管３１ｂには、それぞれ、容器上流側弁５１ａ及び容器下流側弁５１ｂが設けられている。
窒素ガス供給管３１ａには、容器上流側弁５１ａの上流に、マスフローメータ５２が設けられている。マスフローメータ５２のさらに上流側には、窒素ガス上流配管５０ａが接続されている。窒素ガス上流配管（第２ガス流路）５０ａの上流側には、窒素ガス用元弁５４が設けられている。

窒素ガス供給管３１ａと窒素ガス流出管３１ｂとの間には、窒素ガス用バイパス管５６が接続されている。この窒素ガスバイパス管５６には、マスフローメータ５６ｂ及び窒素ガス用バイパス弁５６ａがこの順番で設けられている。
窒素ガス流出管３１ｂの下流側には、窒素ガス下流配管（第２ガス流路）５０ｂが接続されている。窒素ガス下流配管５０ｂには、窒素ガス用バッファタンク（第２バッファタンク）５７、窒素ガス圧力調整弁５８及びガスメータ６０が順に接続されている。
窒素ガス用バッファタンク５７は、窒素ガスを所定量貯留しておく容器であり、容器５の容積からセル管２０の体積を減じた容積よりも１倍以上、より好ましくは１．５倍以上、さらに好ましくは２倍以上の容積を有する。
窒素ガス圧力調整弁５８は、圧力センサ５８ａから得られる窒素ガス下流配管５０ｂの圧力値に基づいて、その開度が制御されるようになっている。
ガスメータ６０は、窒素ガス（場合によっては水素ガスが混入されたガス）の体積を測定し、その測定結果をデジタルパネルメータ６２に出力する。
窒素ガス圧力調整弁５８とガスメータ６０との間には、開閉弁を備えたガスサンプリングライン５９が設けられている。ガスサンプリングライン５９の下流側にはガスクロマトグラフ（図示せず）が設置されており、ガス成分の分析が行われるようになっている。

次に、上記構成のリーク検査装置２の検査方法について説明する。
セル管２０が容器５内に設置される前は、セル管上流側弁３８及びセル管下流側弁４０が閉じられ、水素ガス用バイパス弁３４ａが開けられている。したがって、水素ガスは、セル管２０内の流路を流れずに水素ガス用バイパス管３４を流れて水素ガス流出管３０ｂへと導かれる。また、容器上流側弁５１ａ及び容器下流側弁５１ｂが閉じられ、窒素ガスバイパス弁５６ａが開けられている。したがって、窒素ガスは、容器５内へは流れずに、窒素ガスバイパス管５６を通り窒素ガス下流配管５０ｂへと導かれる。

そして、セル管２０が容器５内に設置された後に、セル管上流側弁３８及びセル管下流側弁４０を開け、水素ガス用バイパス弁３４ａを閉じ、水素ガスをセル管２０内の流路に流す。水素ガスの流路を水素ガスバイパス管３４からセル管２０内の流路に切り替えた直後は、セル管２０内に滞留していたガスが下流側へと押し出され、水素ガス下流配管３０ｂを通過して水素ガス用バッファタンク４３へと導かれる。水素ガス用バッファタンク４３は、セル管２０内の容積よりも十分に大きな容積を有しているので、圧力変動を生じることなくセル管２０内に滞留していたガスを受け入れる。
また、容器上流側弁５１ａ及び容器下流側弁５１ｂを開け、窒素ガスバイパス弁５６ａを閉じ、窒素ガスを容器５内へと流す。窒素ガスの流路を窒素ガスバイパス管５６から容器５内の流路に切り替えた直後は、容器５内に滞留していたガスが下流側へと押し出され、窒素ガス下流配管５０ｂを通過して窒素ガス用バッファタンク５７へと導かれる。窒素ガス用バッファタンク５７は、容器５の容積からセル管２０の体積を減じた容積よりも十分に大きな容積を有しているので、圧力変動を生じることなく容器５内に滞留していたガスを受け入れる。

上記のように水素ガスおよび窒素ガスの流路をバイパス流路から検査側の流路に切り替えた後に、窒素ガス圧力調整弁５８によって、窒素ガス下流配管５０ｂ内の圧力が所定値になるように制御されるとともに、水素ガス圧力調整弁４４によって、水素ガス下流配管３０ｂの圧力が窒素ガス下流配管５０ｂの圧力よりも所定値（例えば５０ｍｍＡｑ(４９０Pa)）だけ高くなるように制御される。本実施形態では、水素ガス用バッファタンク４３及び窒素ガス用バッファタンク５７によって切り替え時の圧力変動を吸収するので、窒素ガス下流配管５０ｂ内の圧力が所定値になるまでに要する整定時間、および水素ガス下流配管３０ｂの圧力が窒素ガス下流配管５０ｂの圧力よりも所定値（例えば５０ｍｍＡｑ(４９０Pa)）だけ高くなるまでに要する整定時間のそれぞれが極めて短くなる。

このようにして、セル管２０の内外の圧力差を例えば５０ｍｍＡｑ(４９０Pa)に維持した状態で、リーク検査を行う。
リークが発生していた場合には、セル管２０内を流れる水素ガスがセル管２０の外部へと流れ、容器５内を流れる窒素ガスとともに窒素ガス下流配管５０ｂへと導かれる。水素ガスが混入した窒素ガスは、ガスメータ６０によって体積が測定される。また、ガスサンプリングライン５９から部分的に抽出されたガスをガスクロマトグラフで分析することにより、ガス組成の成分比が測定される。これにより、窒素ガスに混入された水素が検出され、水素がリークしていることが確認される。
また、セル管２０内を流れた水素ガスについても、ガスメータ４６で体積を測定し、ガスクロマトグラフによってガス成分を分析する。ガスメータ４６の測定値から、水素ガスの減少量を漏れ量として算出し、水素がリークしていることを確認する。

以上のように、本実施形態のリーク検査装置２によれば、以下の効果を奏する。
水素用バッファタンク４３を設けることにより、セル管２０内部よりも下流側の容積を大きくし、窒素用バッファタンク５７を設けることにより、容器５内の容積からセル管２０体積を減じた容積よりも下流側の容積を大きくしたので、バイパス管３４，５６にそれぞれ水素ガスおよび窒素ガスを流す非検査時から、セル管２０および容器５内にそれぞれ水素ガスおよび窒素ガスを流す検査時に切り替えても、圧力の変動を吸収することができる。したがって、圧力差が所定値に落ち着くまでの整定時間を短くすることができる。
本実施形態の場合、例えば、１本のセル管２０に対して、セル管２０の設置および圧力整定を含む検査工程が１５〜２０分で済む。したがって、従来に対して生産性を約２．５倍に高めることができる。

なお、本実施形態では、ＳＯＦＣに用いるセル管２０を用いて説明したが、本発明のセラミックス管リーク検査冶具およびセラミックス管リーク検査装置はこれに限定されるものではなく、セラミックス管であれば適用できるものである。
また、本発明は、例えば高温水蒸気電解装置（ＳＯＳＥ）のセル管に用いても良い。

本発明のリーク検査冶具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は要部の正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はセル管と接続継手との接続部を示した部分断面図である。 本発明のリーク検査装置を示した概略図である。 円筒形ＳＯＦＣに用いる燃料電池セル管を示した部分断面斜視図である。 従来のリーク検査冶具を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は接続継手の部分断面図、（ｃ）はフランジ部の部分断面図である。 従来のリーク検査装置を示した概略図である。

符号の説明

１ リーク検査装置
２ リーク検査冶具
５ 容器
５ｂ 開口部
７ 蓋体
１４ 接続継手（接続手段）
１４ｂ 連結チューブ
２０ セル管（セラミックス管）
４３ 水素ガス用バッファタンク
５７ 窒素ガス用バッファタンク

Claims (4)

1. セラミックス管を収容する容器と、
   該容器の端部に固定されるとともに、前記セラミックス管の端部に連結されて該セラミックス管内の流路との間でガス流路を形成する接続手段と、を備え、
   前記セラミックス管の壁部を通過してリークしたリークガスを検出して前記セラミックス管のリークを検査するセラミックス管リーク検査装置に用いるセラミックス管リーク検査冶具において、
   前記接続手段は、前記セラミックス管の端部に直列に気密状態で取り付けられ、可撓性を有する連結チューブを備えていることを特徴とするセラミックス管リーク検査冶具。
2. 前記容器には、検査位置に設置された前記セラミックス管の側周面を投影した面積よりも大きな面積の開口部が形成され、
   検査時に前記開口部を気密に閉じる蓋体を備えていることを特徴とする請求項１記載のセラミックス管リーク検査冶具。
3. 前記蓋体は、可視光を透過することを特徴とする請求項２記載のセラミックス管リーク検査冶具。
4. セラミックス管を収容する容器と、
   前記セラミックス管内に第１ガスを供給する第１流路と、
   非検査時に、前記セラミックス管内の流路をバイパスして前記第１流路と接続される第１バイパス流路と、
   前記セラミックス管外側でかつ前記容器内に第２ガスを供給する第２流路と、を備え、
   非検査時に、前記容器内の流路をバイパスして前記第２流路と接続される第２バイパス流路と、
   前記第１流路を用いて前記セラミックス管内に第１ガスを供給するとともに、前記第２流路を用いて前記容器内に第２ガスを供給し、前記セラミックス管内から導出した第１ガスまたは前記容器内から導出した第２ガスを測定することにより、前記セラミックス管の壁部を通過してリークしたリークガスを検出して前記セラミックス管のリークを検査するセラミックス管リーク検査装置において、
   前記第１流路には、前記セラミックス管よりも下流側の位置に、該セラミックス管内の容積よりも１．５倍以上の容積を有する第１バッファタンクが設けられ、
   前記第２流路には、前記容器よりも下流側の位置に、前記容器内の容積から前記セラミックス管の体積を減じた容積よりも１．５倍以上の容積を有する第２バッファタンクが設けられていることを特徴とするセラミックス管リーク検査装置。

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